分布式光伏的“安全带”与“消防服”——浅谈分布式光伏的安全要求

在双碳的目标下，中国分布式光伏产业迎来了前所未有的发展机遇，光伏将从此加速走入寻常百姓家，造福千家万户，千行百业。不过，特别需要注意的是，在一片大好形势下，分布式光伏的安全事故依然时有发生，严重威胁终端用户的生命和财产安全，也严重影响光伏在社会中的口碑和声誉，影响整个行业的未来健康可持续发展。保障安全应该是一个产业的命脉和底线，安全问题得不到保障，与国家的双碳方向是不相符，与光伏快速高质量发展的趋势不符，与党中央最大努力保障人民群众生命财产安全的指示精神不符。

分布式光伏当前最大的电气事故主要为两方面：1.由于光伏高电压无法断开，从而造成的人员触电事故；2.由于施工质量、接头老化等引起的持续拉弧点燃附近可燃物造成的火灾事故。下面就这两类事故的根本原因以及当前世界范围普遍使用的安全措施进行介绍。

光伏组件由于其发电原理，只要有太阳光照射时，即使电气开路，仍然能产生直流开路电压。当前系统设计中，由于逆变器需要并网输出，直流电压必须高于200V以上，考虑到效率因素，标准的设计都采用多块组件串联，使得整个组串正负之间有1000V左右的开路电压。而且在当前的设计中，由于组件和组件之间没有断开的装置，这个高压是在任何时候（即使逆变器关机、交流停电等）都无法消除的。

虽然现在的接线端子等在设计时都满足绝缘要求，但是在实际项目中，制作延长线缆时、端子老化后、外部火灾导致的绝缘破损时，这个高压都严重危险到安装、运维、消防人员的生命危险，现实中也是发生了数十起触电伤亡的事故。

为了消除这种严重威胁到人身安全的隐患，海外类似美国、意大利、德国等成熟市场都制定了组件快速关断的强制规范。国内虽然当前因为没有强制要求，同时分布式光伏发展的相对较晚，造成此类应用较少，但是国内的设备厂家，如阳光，固德威，锦浪等都具备相应产品解决方案，并且在规范强制的国家已实现批量应用，并且取得了很好的效果与认可。

快速关断的核心原理就是去避免组件和组件直接串联，将每个组件接入一个可实时监控的装置中，再进行串联后接入逆变器，通过控制与查看这些装置的工作状态来切断串联高电压。当系统准备工作后，逆变器通过PLC（电力线载波）控制这些装置工作，开始输出功率。而当系统发生故障或进行运维停机时，关闭逆变器拉下急停开关，这些装置会自动在几秒内将屋顶光伏的电压切断，向监控系统报告安全关断，从而保证整个系统的电气安全。

电弧在交流系统中是比较常见的电气风险，但是交流侧由于过零点的存在以及较为成熟的灭弧保护方式，在光伏系统中已经得到较为好的解决。但是直流侧的电弧由于其直流电压无过零点，同时当前没有专门的电弧检测与保护方式造成了大量的光伏火灾。

直流电弧的发生主要是由于光伏组件串联时，接头连接的施工质量，接头长期的老化，绝缘破损等。从调研的情况看，即使在欧美较好的安装质量下，直流电弧在安装后的3~5年发生也是难以避免的。14~18年美国沃尔玛连续的超市屋顶光伏着火案例就都是由于连接端子的老化造成的电弧，电弧产生了数千度的高温点燃屋顶易燃物造成火灾。

所以为了完善分布式光伏直流侧的保护，美国（UL），欧洲（IEC）等组织都制定了对于直流侧电弧检测与保护的标准规范，并且被这些国家地区的监管机构执行为强制标准。同时国内在2021年发布的《GBT39750-2021光伏发电系统直流电弧保护技术要求》也对电弧检测与保护进行了规范。当前国内阳光，华为，固德威，锦浪等厂家都在全球大量销售了带电弧检测的光伏逆变器，整体技术标准要求以及技术准备度都比较成熟。电弧检测主要是通过监测电弧发生时电流变化来进行智能化判断与检测，并且快速的关断逆变器输出，从而关断直流侧的电流，实现电弧的快速灭弧功能。

综上，笔者认为在双碳目标下，要大力鼓励发展分布式光伏的同时，监管部门应该更加强调安全的重要性，对于组件快速关断以及电弧检测进行强制要求，使之成为分布式光伏发展的“安全带”“消防服”。笔者也欣喜的发现能源局近期发布的《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知(征求意见稿)》中，明确提到了对于组件快速关断以及智能电弧检测两个安全保证措施的强制要求，希望在后续能进一步明确相关要求，通过政策规范引导产业升级，保证分布式光伏建设的健康可持续的发展。